KR100989789B1 - Semiconductor laser device - Google Patents

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KR100989789B1 KR1020030014703A KR20030014703A KR100989789B1 KR 100989789 B1 KR100989789 B1 KR 100989789B1 KR 1020030014703 A KR1020030014703 A KR 1020030014703A KR 20030014703 A KR20030014703 A KR 20030014703A KR 100989789 B1 KR100989789 B1 KR 100989789B1
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아라키다다카히로
구도히사시
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소니 주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 기판상에서 활성층을 갖는 공진기 구조를 구비한 단면 발광형의 650㎚ 밴드 적색 반도체 레이저 소자에 관한 것이다. 저반사 3층막은 공진기 구조의 출사 단면에 제공되고, 고반사 다층막은 공진기 구조의 후단면에 제공된다. 저반사 3층막은 10㎚의 두께를 갖는 제 1 Al2O3막과, 190㎚의 두께를 갖는 Si3N4막, 및 10㎚의 두께를 갖는 제 2 Al2O3막을 출사 단면상에 스퍼터링법에 의해 차례로 적층시키므로써 형성된다. 출산 단면에서의 단면 반사율이 10%로 설정된다. 고반사 다층막은 후단면상에 Al2O3막과 a-Si막을 교대로 적층시키므로써 형성된다. 양호한 화학적 및 열적 안정성과 약품에 대한 양호한 내성을 갖는 저반사막을 출사 단면상에서 구비한 반도체 레이저 소자는 출사 단면에서 광학 손상의 발생을 억제하여 장기간에 걸쳐서 안정한 작동을 실현할 수 있다.

Figure 112003008263613-pat00001

반도체 레이저 소자, 공진기 구조, 출사 단면, 다층막 구조, 반사율

The present invention relates to a 650 nm band red semiconductor laser device of a cross-sectional emission type having a resonator structure having an active layer on a semiconductor substrate. The low reflection three-layer film is provided on the exit end face of the resonator structure, and the high reflection multilayer film is provided on the rear end face of the resonator structure. The Al 2 O 3 film having a 1 low-reflection layer 3 and the thickness of the film 10㎚, Si 3 N 4 film having a thickness of 190㎚, and the Al 2 O 3 film is sputtered in 2 emission cross section having a thickness of 10㎚ It is formed by laminating in order by the method. The cross-sectional reflectance at the birth cross section is set to 10%. The high reflection multilayer film is formed by alternately stacking an Al 2 O 3 film and an a-Si film on the rear end surface. A semiconductor laser element having a low reflection film on the emission cross section having good chemical and thermal stability and good resistance to chemicals can suppress the occurrence of optical damage at the emission cross section and realize stable operation for a long time.

Figure 112003008263613-pat00001

Semiconductor laser device, resonator structure, exit section, multilayer structure, reflectance

Description

반도체 레이저 소자{Semiconductor laser device}Semiconductor laser device

도 1a는 반도체 레이저 소자의 출사 단면상에 형성된 저반사 3층막과 반도체 레이저 소자의 후단면상에 형성된 고반사 다층막의 구성을 도시한 본 발명에 따른 반도체 레이저 소자의 대표적인 평면도.1A is a representative plan view of a semiconductor laser device according to the present invention, showing the configuration of a low reflection three-layer film formed on an emission cross section of a semiconductor laser device and a high reflection multilayer film formed on a rear end surface of the semiconductor laser device.

도 1b는 도 1a의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 취한 단면도.FIG. 1B is a sectional view taken along the line I-I of FIG. 1A;

도 2a는 종래 기술에 따른 Al2O3/Si3N4막(Si3N4 층: 최외측 표면)에 설치된 LD 단면을 도시한 도면.FIG. 2A shows an LD cross-section installed on an Al 2 O 3 / Si 3 N 4 film (Si 3 N 4 layer: outermost surface) according to the prior art. FIG.

도 2b는 본 발명에 따른 Al2O3/Si3N4/Al2O3 막(Al2O3 층 : 최외측 표면)에 설치된 LD 단면을 도시한 도면.Fig. 2B is a view showing an LD cross section installed on an Al 2 O 3 / Si 3 N 4 / Al 2 O 3 film (Al 2 O 3 layer: outermost surface) according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 반도체 레이저 소자 12 : 반도체 기판10 semiconductor laser element 12 semiconductor substrate

14 : 활성층 16 : 공진기 구조14 active layer 16 resonator structure

18 : 저반사 3층막 20 : 고반사 다층막18: low reflection three layer film 20: high reflection multilayer film

본 발명은 단면 발광형 반도체 레이저 소자에 관한 것으로, 특히 극단적인 광학 손상으로 인한 출사 단면의 열화를 억제하여 장기간에 걸쳐서 고출력으로 안정한 작동을 실현할 수 있는 반도체 레이저 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-sided light emitting semiconductor laser device, and more particularly, to a semiconductor laser device capable of achieving stable operation at high power over a long period of time by suppressing deterioration of the emission cross section due to extreme optical damage.

GaAs계 단면 발광형 반도체 레이저 소자에서, 광학 출력을 증대하기 위하여 증가된 주입 전류에 따라 광학 출력이 급격히 감소하는 현상이 발생한다. 이것은 반도체 레이저 소자의 출사 단면에서 광학 손상(COD : Catastrophic Optical Damage)에 의한 것이다. 상기 COD는 하기 기구에 의거하여 발생할 수 있다.In a GaAs type single-sided semiconductor laser device, a phenomenon in which the optical output decreases rapidly with the increased injection current in order to increase the optical output occurs. This is due to optical damage (COD: Catastrophic Optical Damage) at the exit cross section of the semiconductor laser device. The COD may occur based on the following mechanism.

고밀도 표면 레벨은 반도체 레이저 소자의 출사 단면상에 존재하고, 따라서 전류가 반도체 레이저 소자에 주입되면, 비발광 재결합 전류는 이 표면 레벨을 거쳐서 흐른다. 그 결과, 출사 단면 부근에서 캐리어 밀도는 레이저 내부에서 보다 낮고, 광의 흡수를 양산한다. 광 흡수에 의해 발열이 생기고 출사 단면 부근의 온도가 상승하므로, 출사 단면 부근에서의 밴드 갭 에너지는 감소되고, 광 흡수를 더 증가시킨다. 광 흡수와 발열에 관련된 정 피드백 루프(positive feedback loop)는 출사 단면의 온도를 충분히 상승시키고 최종적으로 출사 단면을 융해시켜서 레이저 발진을 정지시킨다. 또한, 광 흡수는 출사 단면의 산화 및 출사 단면에서 공격자(vacancy)와 같은 점결점(point-defect)의 발생에 의해 증가하는 것이 공지되어 있다.The high density surface level is present on the exit cross section of the semiconductor laser element, so that when a current is injected into the semiconductor laser element, the non-luminescing recombination current flows through this surface level. As a result, the carrier density in the vicinity of the emission cross section is lower than inside the laser, yielding light absorption. Since heat generation occurs due to light absorption and the temperature near the exit end face is raised, the band gap energy near the exit end face is reduced, and the light absorption is further increased. A positive feedback loop related to light absorption and heat generation raises the temperature of the exit cross section sufficiently and finally melts the exit cross section to stop the laser oscillation. It is also known that light absorption increases due to oxidation of the exit cross section and the generation of point-defects such as vacancy in the exit cross section.

반도체 레이저 소자의 출사 단면에서 상기 COD의 발생을 방지하기 위하여, 출사 단면상에 저반사막을 형성함으로써 출사 단면으로부터 가능한 많은 레이저 광을 외부로 취출하기 위한 대책이 실시되고 있다. In order to prevent the generation of the COD in the emission cross section of the semiconductor laser element, a countermeasure for taking out as much laser light as possible from the emission cross section is taken out by forming a low reflection film on the emission cross section.                         

일본 특허 제2870486호(이하, "제 1 종래 기술"이라 함)에는 Al2O3막과 Si 3N4막을 갖는 저반사 2층막이 출사 단면상에 설치된 반도체 레이저 소자에 대해 개시하고 있다. 상기 공보에는 Al2O3막에서 생기는 변형으로 인한 응력 방향이 Si3 N4막에서 생기는 변형으로 인한 응력 방향과 반대로 되기 때문에, Al2O3막에서 생기는 변형으로 인한 응력이 Si3N4막에서 생기는 변형으로 인한 응력에 의해 중화되며, 이에 의해 Al2O3막과 Si3N4막을 갖는 적층 막에서의 변형으로 인한 응력을 제거하는 것을 개시하고 있다.Japanese Patent No. 2870486 (hereinafter referred to as "first prior art") discloses a semiconductor laser device in which a low reflection two-layer film having an Al 2 O 3 film and a Si 3 N 4 film is provided on an emission cross section. In this publication, since the stress direction due to the deformation occurring in the Al 2 O 3 film is reversed from the stress direction due to the deformation occurring in the Si 3 N 4 film, the stress due to the deformation occurring in the Al 2 O 3 film is reduced to the Si 3 N 4 film. It is disclosed that neutralization is caused by stress due to deformation resulting in the strain, thereby eliminating the stress due to deformation in the laminated film having the Al 2 O 3 film and the Si 3 N 4 film.

상기 공보에는 반도체 레이저 소자의 출사 단면에서 발생하는 변형으로 인한 응력이 출사 단면상에 Al2O3막과 Si3N4막을 갖는 2층막을 적층함으로써 감소되기 때문에, 출사 단면에서 응력에 의해 발생된 변형으로 인해 공격자와 같은 점결점의 발생을 억제하여 안정한 유전체-화합물 반도체 계면을 형성함으로써 COD로 인한 출사 단면의 열화를 억제하는 것이 개시되어 있다.In this publication, since the stress due to deformation occurring at the emission cross section of the semiconductor laser device is reduced by laminating a two-layer film having an Al 2 O 3 film and a Si 3 N 4 film on the emission cross section, the deformation generated by the stress at the emission cross section Therefore, it is disclosed to suppress the deterioration of the emission cross section due to the COD by forming a stable dielectric-compound semiconductor interface by suppressing occurrence of point defects such as attackers.

일본 공개 특허 공보 평6-224514호 공보(이하, "제 2 종래 기술"이라 함)에는 비교적 높은 열전도율을 갖는 Si막과 비교적 낮은 열전도율을 갖는 Al2O3막을 구비하는 2층막이 반도체 레이저 소자의 후단면상에 고반사 코팅막으로 설치되고, 전체적으로 고반사 코팅막의 열전도율이 λ/n1(λ: 파장, n1 : Al2O3막의 굴절율) 보다 얇은 Al2O3막의 두께로 하고, λ/n2(λ: 파장, n1 : Si의 굴절율) 보다 두꺼운 Si막의 두께로 함으로써 상승되어 반도체 레이저 소자의 방열 성능을 개량하도록 형성된 반도체 레이저 소자에 대해 개시되어 있다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-224514 (hereinafter referred to as " second prior art ") includes a two-layer film comprising a Si film having a relatively high thermal conductivity and an Al 2 O 3 film having a relatively low thermal conductivity. It is provided with a high reflection coating film on the rear surface, and the overall thermal conductivity of the high reflection coating film is a thickness of Al 2 O 3 film which is thinner than λ / n 1 (λ: wavelength, n 1 : refractive index of Al 2 O 3 film), and λ / n Disclosed is a semiconductor laser device which is formed by increasing the thickness of a Si film thicker than 2 (?: Wavelength, n 1 : refractive index of Si) to improve heat dissipation performance of the semiconductor laser device.

그러나, 상술한 제 1 종래 기술에는 하기와 같은 문제점이 있다.However, the above-described first conventional technology has the following problems.

제 1 종래 기술에 따른 반도체 레이저 소자는 Al2O3막과 Si3N4막을 갖는 적층 막을 제공하여 출사 단면에서 발생한 변형으로 인한 응력을 중화시키므로써 COD에 의한 출사 단면의 열화를 억제하고 있다.The semiconductor laser device according to the first prior art provides a laminated film having an Al 2 O 3 film and a Si 3 N 4 film to neutralize the stress caused by the deformation occurring in the emission cross section, thereby suppressing the deterioration of the emission cross section by the COD.

따라서, Al2O3막과 Si3N4막의 두께와 그 막 형성 조건은 소정 발광 파장에 대한 단면 반사율이 Al2O3의 굴절율(n=1.6)과 Si3N4의 굴절율(n=2.1)에 의거하여 소정값으로 되고, 또한 출사 단면에서 발생한 변형으로 인한 응력이 중화되도록 설정할 필요가 있다.Therefore, the thicknesses of the Al 2 O 3 film and the Si 3 N 4 film and the conditions for forming the film have a refractive index (n = 1.6) of the Al 2 O 3 and a refractive index of the Si 3 N 4 (n = 2.1). It is necessary to set so that it becomes a predetermined value based on), and neutralizes the stress by the deformation which generate | occur | produced in the emission cross section.

그러나, 단면 반사율과 변형으로 인한 응력의 중화 양자를 만족시키도록 Al2O3층과 Si3N4층의 두께와 그 막 형성 조건을 선택하는 것은 사실 매우 어렵다. 다른 문제점은 Al2O3층과 Si3N4층의 막 형성 조건의 자유도가 작기 때문에 막 형성이 매우 어렵다는 것이다.However, it is actually very difficult to select the thickness of the Al 2 O 3 layer and the Si 3 N 4 layer and its film forming conditions so as to satisfy both the cross-sectional reflectance and the neutralization of stress due to deformation. Another problem is that film formation is very difficult because the degree of freedom of the film forming conditions of the Al 2 O 3 layer and the Si 3 N 4 layer is small.

그 결과, 특정 용도의 관점으로부터, 발광 파장, 단면 반사율, 및 용도가 다른 반도체 레이저 소자 전반에 제 1 종래 기술을 적용하는 것을 곤란하다.As a result, it is difficult to apply a 1st prior art to the semiconductor laser element from which light emission wavelength, cross-sectional reflectance, and a use differ from the viewpoint of a specific use.

제 1 종래 기술은 화학적 및 열적으로 불안정한 Si3N4이 노출되기 때문에, 연 속하는 처리 공정, 예를 들면 세정 공정에서 약품 내성이 낮게되어 제조 생산량을 저하시키며, 또한 광학적 특성이 반도체 레이저 소자의 구동에 의해 대기에 의한 산화 진행에 따라 변화한다는 다른 문제점이 있다.Since the first conventional technique exposes chemically and thermally unstable Si 3 N 4 , chemical resistance is low in the continuous treatment process, for example, the cleaning process, which lowers the production yield, and the optical characteristics drive the semiconductor laser device. There is another problem that changes according to the oxidation progress by the atmosphere.

제 1 종래 기술에 따른 저반사 다층막을 구비한 반도체 레이저 소자의 다른 중요한 문제점은 레이저 특징이 열화되기 쉽고 장기간에 걸쳐서 안정한 작동을 실현하는 것이 어렵다는 점이다.Another important problem of the semiconductor laser device with the low reflection multilayer film according to the first prior art is that the laser characteristic is liable to deteriorate and it is difficult to realize stable operation for a long time.

반도체 레이저 소자의 후단면상에 고반사막을 설치하는 제 2 종래 기술은 반도체 레이저 소자의 출사 단면에 적용하는 것이 기술적으로 어렵다는 것이다.The second conventional technique of providing a high reflection film on the rear end face of the semiconductor laser device is that it is technically difficult to apply it to the exit cross section of the semiconductor laser device.

제 2 종래 기술이 출사 단면에 적용된다면, Si막이 0.8㎛ 밴드 이하의 파장을 갖는 광을 위한 광학적 흡수가 생기기 때문에, 제 2 종래 기술이 적용되는 반도체 레이저 소자의 발광 파장 범위는 제한된다.If the second prior art is applied to the exit cross section, since the optical absorption for light having a wavelength of 0.8 mu m band or less occurs, the emission wavelength range of the semiconductor laser device to which the second prior art is applied is limited.

본 발명의 목적은 양호한 화학적 및 열적 안정성을 갖고, 넓은 적용 파장 범위를 갖는 저반사막을 제공함으로써, 출사 단면의 광학적 손상의 발생을 억제하여, 장기간에 걸쳐서 안정한 동작을 실현할 수 있는 반도체 레이저 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having a good chemical and thermal stability and providing a low reflection film having a wide application wavelength range, thereby suppressing the occurrence of optical damage in the emission cross section and realizing stable operation over a long period of time. It is.

본 발명자는 제 1 종래 기술에 따라 반도체 레이저 소자에서 생기는 동작 불안정성을 조사하여, 다음과 같은 사실을 알았다. The inventors have investigated the operation instability occurring in the semiconductor laser device according to the first prior art and found out the following facts.

Al2O3/Si3N4의 2층 구조에서, 미립자(particle)가 부착하기 용이한 Si3N4층이 노출되고, 그 결과, 2층 구조를 형성하는 공정에 연속하는 처리 공정, 예를 들면 상기 소자를 세정하는 공정 또는 분할(cleavage)에 의해 얻어지는 레이저 바(bar)를 히트 싱크(heat sink)에 융착하고 다이싱하여 칩화하는 공정에서 다수의 미립자가 Si3N4층상에 부착된다. In the two-layer structure of Al 2 O 3 / Si 3 N 4 , a Si 3 N 4 layer to which particles are easily attached is exposed, and as a result, a treatment step that is continuous to the step of forming a two-layer structure, eg For example, a plurality of fine particles are deposited on the Si 3 N 4 layer in the process of cleaning the device or in the process of fusion, dicing and chipping a laser bar obtained by cleavage into a heat sink. .

Si3N4층에 부착된 미립자는 출사 단면으로부터 출사되는 레이저광에 간섭하거나, 경우에 따라선 상기 미립자가 레이저광을 흡수해서 발열하여, 레이저 특성의 열화를 야기시키므로써, 반도체 레이저 소자가 안정하게 동작하지 않는 것을 알았다.The fine particles attached to the Si 3 N 4 layer interfere with the laser light emitted from the exit end face, or in some cases, the fine particles absorb the laser light and generate heat, causing deterioration of the laser characteristics, thereby making the semiconductor laser device stable. I found it not working.

상술한 바와 같이, COD에 의한 출사 단면의 열화는 출사 단면에서 캐리어 밀도의 감소와 그에 따라 발생하는 광의 흡수에 기인하여 출사 단면의 온도가 상승하는 것에 의해 일어난다.As described above, the degradation of the emission cross section by the COD occurs due to the increase in the temperature of the emission cross section due to the decrease of the carrier density in the emission cross section and the absorption of the light generated accordingly.

따라서, COD에 의한 출사 단면의 열화를 억제하기 위하여, 국부적인 온도 상승을 억제함으로써 방열성을 향상시키기 위해 유전체막으로 형성된 저반사막의 열전도율을 향상시키는 방법은 출사 단면에서 변형으로 인한 응력을 중화시키므로써 COD에 의한 출사 단면의 열화를 억제하는 제 1 종래 기술보다 더 효과적으로 고려된다.Therefore, in order to suppress the deterioration of the emission cross section by COD, the method of improving the thermal conductivity of the low reflection film formed of the dielectric film to improve the heat dissipation by suppressing the local temperature rise is to neutralize the stress due to deformation in the emission cross section. It is considered more effectively than the first prior art which suppresses the deterioration of the emission cross section by the COD.

반도체 레이저 소자의 출사 단면에 제공되는 신규한 저반사막을 개량하기 위하여 본 발명자에 의해 시험된 결과, 저반사막의 열전도율은 단일 Al2O3막이 일반적으로 35% 이하의 반사율을 갖는 저반사 코팅막으로 사용되는 사실에 의거하여, 저반사 코팅막으로서 Al2O3막을 형성하고, 또한 Al2O3막의 열전도율을 향상시키기 위하여, Al2O3막상에 Al2O3막보다 더 높은 열전도율을 갖는 유전체막, 예를 들면 Si3N4막을 적층함으로써 향상되는 것을 알았다. 또한, 출사 단면상에서 제 1 막으로서 Al2O3막의 사용은 Al2O3막이 공진기 단면과의 밀착성이 높고, 넓은 파장범위에서 투명성을 가지며, 열적 및 화학적 안정성을 갖고, 화합물 반도체 결정과 용이하게 화합하지 않기 때문에 효과적이다.Tested by the inventors to improve the novel low reflection film provided on the emission cross section of the semiconductor laser device, the thermal conductivity of the low reflection film is used as a low reflection coating film in which a single Al 2 O 3 film generally has a reflectance of 35% or less. on the basis of the fact that, as the low-reflection coating film is formed Al 2 O 3, in addition, Al 2 O 3 film in order to improve the thermal conductivity, the dielectric film having a higher thermal conductivity than Al 2 O 3 film on the Al 2 O 3 film which, For example, it was found to be improved by laminating a Si 3 N 4 film. In addition, the use Al 2 O 3 film as a first film on the emission face is Al 2 O 3 film resonator with high adhesion to the end face, has a transparency in a wide wavelength range, has a thermal and chemical stability, the compound semiconductor crystal and facilitating It is effective because it does not harmonize.

또한, 본 발명자들은 Si3N4막이 노출되면, 미립자 부착성이 강하고, 약품내성, 화학적 및 열적 안정성이 부족하기 때문에 상술한 단점을 해소하기 위하여 다른 시험을 행하여, Si3N4막상에 Al2O3막을 보호막으로서 적층하는 장점을 발견했다.In addition, the present inventors conducted other tests to solve the above-mentioned disadvantages because the fine particle adhesion is strong and the chemical resistance, chemical and thermal stability are insufficient when the Si 3 N 4 film is exposed, and the Al 2 on the Si 3 N 4 film is The advantage of laminating an O 3 film as a protective film was found.

상술한 저반사막의 효과는 저반사막의 특징을 더 개선함으로써 본 발명자들에 의해 실험적으로 확인되었고, 상기 장점에 의거하여 본 발명이 달성되었다.The effect of the low reflection film described above has been experimentally confirmed by the present inventors by further improving the characteristics of the low reflection film, and the present invention has been achieved based on the above advantages.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면 한 쌍의 단면을 갖고 상기 단면중 하나의 출사 단면상에 저반사 다층막이 설치된 공진기를 포함하는 단면 발광형 반도체 레이저 소자를 제공하며, 상기 저반사 다층막은 제 1 유전체막과, 상기 제 1 유전체막의 열전도율 보다 높은 열전도율을 갖는 제 2 유전체막, 및 상기 제 2 유전체막의 열전도율 보다 낮은 열전도율을 갖는 제 3 유전체막을 포함한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a single-side light emitting semiconductor laser device comprising a resonator having a pair of cross-sections and a low-reflection multilayer film is provided on one emission cross-section of the cross-sections. A first dielectric film, a second dielectric film having a thermal conductivity higher than that of the first dielectric film, and a third dielectric film having a thermal conductivity lower than that of the second dielectric film.

저반사 다층막에 있어서, 제 1 유전체막은 저반사막으로서 작용하고, 제 1 유전체막보다 열전도율이 높은 제 2 유전체막은 열전도성막으로서 작용하며, 이에 의해, 출사 단면에서 발생한 열은 제 1 유전체막을 거쳐서 제 2 유전체막에 전달되고, 계속해서 제 2 유전체막을 경유하여 외부로 방출된다.In the low reflection multilayer film, the first dielectric film acts as a low reflection film, and the second dielectric film having a higher thermal conductivity than the first dielectric film acts as a thermal conductive film, whereby heat generated at the exit cross section passes through the first dielectric film to the second dielectric film. It is delivered to the dielectric film and subsequently released to the outside via the second dielectric film.

제 3 유전체막은 제 2 유전체막의 보호막으로서 기능하고, 제 2 유전체막에 미립자가 부착되거나, 세정 공정과 같은 후속 처리 공정에서 제 2 유전체막이 손상되는 것을 방지하고 있다.The third dielectric film functions as a protective film of the second dielectric film, and prevents fine particles from adhering to the second dielectric film or damage of the second dielectric film in a subsequent processing step such as a cleaning step.

이러한 구성에 따라, 출사 단면의 단면 반사율은 35% 이하로, 또한 10% 이하로 감소시킬 수 있다. According to this configuration, the cross-sectional reflectance of the emission cross section can be reduced to 35% or less and to 10% or less.

제 1 유전체막은 Al2O3, ZrO2, HfO2, 및 AlN으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 양호하게 구성된다.The first dielectric film is preferably constituted by one kind selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , and AlN.

제 2 유전체막은 Si3N4, AlN, GaN, 및 SiC로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 양호하게 구성된다.The second dielectric film is preferably composed of one type selected from the group consisting of Si 3 N 4 , AlN, GaN, and SiC.

제 3 유전체막은 Al2O3, ZrO2, HfO2, 및 SiO2로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 양호하게 구성된다.The third dielectric film is preferably constituted by one kind selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , and SiO 2 .

제 3 유전체막의 재료는 제 1 유전체막의 재료와 동일하거나 또는 다를 수 있고, 제 3 유전체막의 두께도 제 1 유전체막의 두께와 동일하거나 또는 다른 수 있다.The material of the third dielectric film may be the same as or different from the material of the first dielectric film, and the thickness of the third dielectric film may also be the same as or different from the thickness of the first dielectric film.

본 발명에 따르면, 상기 제 1 종래 기술과 달리 출사 단면에서 발생한 응력을 출사 단면에 설치한 저반사 다층막을 제공함으로써 저감할 필요는 없고, 따라서, 단면 반사율이 소정 값이 되도록, 또한 출사 단면에서 발생한 변형으로 인한 응력을 중화시키도록, Al2O3막과 같은 제 1 유전체막의 두께와 Si3N4막과 같은 제 2 유전체막의 두께 및 그 막 형성 조건을 설정할 필요는 없다. According to the present invention, unlike the first conventional technique, it is not necessary to reduce the stress generated at the exit end face by providing a low reflection multilayer film provided at the exit end face, so that the cross sectional reflectance is a predetermined value and is generated at the exit end face. In order to neutralize the stress due to deformation, it is not necessary to set the thickness of the first dielectric film such as the Al 2 O 3 film and the thickness of the second dielectric film such as the Si 3 N 4 film and the film forming conditions.

본 발명에 따르면, 유전체막의 단면 반사율이 유전체막의 막 두께 변화에 대하여 주기적으로 변화하는 것, 즉 소정의 단면 반사율을 나타내는 유전체막의 막 두께가 박막으로부터 두꺼운 막으로 단계적으로 변화하는 것을 이용하여, 저반사 3층막의 단면 반사율이 소정의 값이 되도록 Al2O3막과 같은 제 1 유전체막보다 열전도율이 높은 제 2 유전체막의 두께는 단계적으로 변화하는 복수개의 막 두께로부터 선택할 수 있다.According to the present invention, the low reflection is made by periodically changing the cross-sectional reflectance of the dielectric film with respect to the change in the film thickness of the dielectric film, that is, changing the film thickness of the dielectric film exhibiting a predetermined cross-sectional reflectance stepwise from a thin film to a thick film. The thickness of the second dielectric film having a higher thermal conductivity than that of the first dielectric film such as the Al 2 O 3 film can be selected from a plurality of film thicknesses that are varied in stages so that the cross-sectional reflectance of the three-layer film becomes a predetermined value.

그 결과, 제 2 유전체막의 두께는 저반사 3층막의 소정의 단면 반사율을 유지하는 동안 열전도율을 고려하여 용이하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 열전도율이 낮은 Al2O3막과 같은 제 1 및 제 3 유전체막의 막 두께를 10㎚로 설정하고, 열전도율이 높은 제 2 유전체막을 두꺼운 막에 설정함으로써, 소정의 단면 반사율을 갖고, 또한 전체적으로 높은 열전도율을 갖는 저반사 3층막을 얻을 수 있다.As a result, the thickness of the second dielectric film can be easily selected in consideration of the thermal conductivity while maintaining a predetermined cross-sectional reflectance of the low reflection three-layer film. For example, the film thickness of the first and third dielectric films, such as the Al 2 O 3 film having low thermal conductivity, is set to 10 nm, and the second dielectric film having high thermal conductivity is set to a thick film to have a predetermined cross-sectional reflectance. In addition, a low reflection three-layer film having a high thermal conductivity as a whole can be obtained.

본 발명은 기판과, 이 기판상에 형성된 공진기 구조를 구성하는 화합물 반도체층의 조성에 제약 없이 여러 반도체 레이저 소자에 적용할 수 있고, 특히 GaAs, AlGaAs, 및 AlGaInP계의 반도체 레이저 소자에 적합하게 적용할 수 있다.The present invention can be applied to various semiconductor laser devices without restriction on the composition of the substrate and the compound semiconductor layer constituting the resonator structure formed on the substrate, and is particularly suitably applied to the semiconductor laser devices of GaAs, AlGaAs, and AlGaInP system. can do.

또한, 본 발명은 매립형 또는 에어 리지(air ridge)형 등의 레이저 스트라이프의 구성에 제약없이 여러 반도체 레이저 소자에 적용할 수 있다.In addition, the present invention can be applied to various semiconductor laser devices without any restriction on the configuration of the laser stripe such as a buried type or an air ridge type.

더욱이, 본 발명은 400㎚ 밴드, 650㎚ 밴드, 780㎚ 밴드, 850㎚ 밴드, 980㎚ 밴드 등의 광범위한 발광 파장 범위에서 광의 발광을 위한 각종 단면 발광형 반도체 레이저 소자에 적용할 수 있다. Furthermore, the present invention can be applied to various single-sided emission type semiconductor laser devices for emitting light in a wide range of emission wavelengths, such as 400 nm band, 650 nm band, 780 nm band, 850 nm band, and 980 nm band.

저반사 3층막 전체의 열전도율을 향상시키기 위해서, 열전도율이 낮은 제 1 및 제 3 유전체막의 막 두께는 가능한 한 얇은 쪽이 바람직하다.In order to improve the thermal conductivity of the entire low reflection three-layer film, the film thickness of the first and third dielectric films with low thermal conductivity is preferably as thin as possible.

그러나, 제 1 유전체막은 핀홀(pin hole) 등의 발생을 방지하기 위해 출사 단면을 전체적으로 커버하도록 요구되는 막 두께를 가져야만 한다. 이 경우에, 제 1 유전체막(특히, 제 1 유전체막이 Al2O3막으로 형성될 때)의 막 두께는 5㎚ 이상이 바람직하다.However, the first dielectric film must have a film thickness required to cover the exit cross section as a whole to prevent the occurrence of pin holes or the like. In this case, the film thickness of the first dielectric film (particularly, when the first dielectric film is formed of an Al 2 O 3 film) is preferably 5 nm or more.

또한, 제 3 유전체막의 막 두께는 표면 보호층으로서 약품 내성이 있고, 대기중에서의 산화 진행을 억제하기 위해서 요구되는 두께를 가져야만 한다. 이와 관련하여, 제 3 유전체막의 두께(특히 제 3 유전체막이 Al2O3막으로 형성된 경우)는 5㎚ 이상이 바람직하다. In addition, the film thickness of the third dielectric film is chemically resistant as the surface protective layer and must have a thickness required for suppressing the progress of oxidation in the atmosphere. In this regard, the thickness of the third dielectric film (particularly when the third dielectric film is formed of an Al 2 O 3 film) is preferably 5 nm or more.

제 1 및 제 3 유전체막의 종류와 두께가 결정된 후, 제 2 유전체막의 종류가 결정된 다음에, 제 2 유전체막의 두께는 열전도율을 고려하여 소정의 단면 반사율을 유지하면서 단계적으로 얇은 것에서부터 두꺼운 것으로 변화하는 다수의 막 두께로부터 선택된다. 그 결과, 소정의 단면 반사율을 갖고, 더구나 열전도성이 양호한 저반사 3층막을 얻을 수가 있다. After the type and thickness of the first and third dielectric films are determined, the type of the second dielectric film is determined, and then the thickness of the second dielectric film is changed from thin to thick in steps while maintaining a predetermined cross-sectional reflectance in consideration of thermal conductivity. Multiple film thicknesses. As a result, a low reflection three-layer film having a predetermined cross-sectional reflectance and good thermal conductivity can be obtained.

본 발명에 따르면, 제 1 종래 기술과 같이 출사 단면에서 발생한 변형에 의한 응력을 중화시킬 필요가 없기 때문에, 막 형성 조건은 비교적 자유롭게 설정할 수 있다. According to the present invention, since it is not necessary to neutralize the stress due to the deformation generated in the emission cross section as in the first conventional technique, the film forming conditions can be set relatively freely.

본 발명에 따르면, 유전체막의 단면 반사율이 유전체막의 막 두께 변화에 대하여 주기적으로 변화하는 것을 이용하여, 상술한 바와 같이, 저반사 3층막을 구성하는 제 1 유전체막, 제 1 유전체막보다 열전도율이 높은 제 2 유전체막, 및 제 3 유전체막의 막 두께를 자유롭게 바꿀 수 있다. According to the present invention, the cross-sectional reflectance of the dielectric film is periodically changed with respect to the film thickness change of the dielectric film, and as described above, the thermal conductivity is higher than that of the first dielectric film and the first dielectric film constituting the low reflection three-layer film. The film thicknesses of the second dielectric film and the third dielectric film can be freely changed.

저반사 3층막의 소정 단면 반사율이 설정된 후에, 제 1 및 제 3 유전체막의 두께가 먼저 설정되고, 그 다음에 열전도율이 높은 Si3N4막과 같은 제 2 유전체막의 막 두께는 소정의 단면 반사율을 갖고 얇은 막 두께로부터 두꺼운 막 두께로 단계적으로 변화하는 복수개의 막 두께 중에서 열전도성을 고려하여 선택한 유전체막의 막 두께로 설정한다.After the predetermined cross-sectional reflectivity of the low reflection three-layer film is set, the thicknesses of the first and third dielectric films are set first, and then the film thickness of the second dielectric film, such as the Si 3 N 4 film having high thermal conductivity, gives a predetermined cross-sectional reflectance. It is set to the thickness of the dielectric film selected in consideration of thermal conductivity among a plurality of film thicknesses which are gradually changed from a thin film thickness to a thick film thickness.

본 발명에 따르면, 제 1 유전체막의 막 두께는 5㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위에 있고, 또한 제 2 유전체막의 막 두께는 50㎚ 이상 400㎚ 이하의 범위에 있다. According to the present invention, the film thickness of the first dielectric film is in the range of 5 nm to 100 nm, and the film thickness of the second dielectric film is in the range of 50 nm to 400 nm.

예를 들면, 제 1 유전체막으로서 5㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위의 막 두께를 갖는 Al2O3막이 사용되고, 제 2 유전체막으로서 50㎚ 이상 400㎚ 이하의 범위의 막 두께를 갖는 Si3N4막이 사용된다. For example, an Al 2 O 3 film having a film thickness in the range of 5 nm or more and 100 nm or less is used as the first dielectric film, and Si 3 N having a film thickness in the range of 50 nm or more and 400 nm or less as the second dielectric film. 4 membranes are used.

제 1 유전체막으로서 사용되는 Al2O3막의 막 두께를 100㎚ 이하로 설정한 이유는 Al2O3막의 막 두께가 100㎚ 이상으로 되면, 제 1 유전체막의 열전도성이 저하하기 때문이고, 제 2 유전체막으로서 Si3N4막의 막 두께를 400㎚ 이하로 설정한 이 유는 Si3N4막의 막 두께가 400㎚을 초과하면, 열전도성이 그에 따라 향상하는 일이 없기 때문이다. The reason why the film thickness of the Al 2 O 3 film used as the first dielectric film is set to 100 nm or less is because the thermal conductivity of the first dielectric film is lowered when the film thickness of the Al 2 O 3 film is 100 nm or more. The reason why the thickness of the Si 3 N 4 film is set to 400 nm or less as the dielectric film is that when the thickness of the Si 3 N 4 film exceeds 400 nm, the thermal conductivity does not improve accordingly.

본 발명에 따르면, 제 1 , 제 2 및 제 3 유전체막은 스퍼터링법, CVD법, 또는 EB 증착법 등의 공지된 막 형성 공정에 의해 형성될 수 있다. 그 중에서도, 스퍼터링법은 상기 공정이 막 두께의 제어성에 있어서 우수하기 때문에 바람직하다.According to the present invention, the first, second and third dielectric films can be formed by known film forming processes such as sputtering, CVD, or EB deposition. Especially, sputtering method is preferable because the said process is excellent in the controllability of a film thickness.

이하에, 본 발명의 적합한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 하기에 상세히 설명한다. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention are described below in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b에는 본 발명의 실시예는 본 발명에 따른 반도체 레이저 소자를 도시한 도면으로서, 도 1a는 반도체 레이저 소자의 출사 단면에 형성된 저반사 3층막과 반도체 레이저 소자의 후단면에 형성된 고반사 다층막의 구성을 도시하는 대표적인 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 선 I-I에 따라 취한 단면도이다.1A and 1B illustrate a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1A shows a low reflection three-layer film formed on an emission cross section of a semiconductor laser device and a high surface formed on a rear end surface of the semiconductor laser device. It is a typical top view which shows the structure of a reflective multilayer film, and FIG. 1B is sectional drawing taken along the line II of FIG. 1A.

이들 도면에는, 단면 발광형 650㎚ 밴드 적색 반도체 레이저 소자로서 형성된 반도체 레이저 소자(10)가 도시되어 있다. 반도체 레이저 소자(10)는 GaAs로 구성된 화합물 반도체 기판(12)상에 활성층(14)을 갖는 공진기 구조(16)를 포함한다. 저반사 3층막(18)은 공진기 구조의 출사 단면상에 형성되고, 고반사 다층막(20)은 공진기 구조의 후단면상에 형성된다.In these figures, the semiconductor laser element 10 formed as a cross-sectional emission type 650 nm band red semiconductor laser element is shown. The semiconductor laser device 10 includes a resonator structure 16 having an active layer 14 on a compound semiconductor substrate 12 composed of GaAs. The low reflection three-layer film 18 is formed on the emission cross section of the resonator structure, and the high reflection multilayer film 20 is formed on the rear end surface of the resonator structure.

고반사 다층막(20)은 공진기의 후단면상에 Al2O3막(20a)과 a-Si(비정질 실리콘)막(20b)을 교대로 적층함으로써 형성된다.The high reflection multilayer film 20 is formed by alternately stacking the Al 2 O 3 film 20a and the a-Si (amorphous silicon) film 20b on the rear end surface of the resonator.

저반사 3층막(18)은 공진기 구조의 출사 단면상에 스퍼터링법에 의해서 제 1 Al2O3막(18a), Si3N4막(18b), 및 제 2 Al2O3막(18c)을 차례로 적층함으로써 형성된다. 저반사 3층막(18)의 단면 반사율은 10%로 설정된다. 여기서, 제 1 Al2O3막(18a), Si3N4막(18b), 및 제 2 Al2O3막(18c)은 각각 본 발명의 제 1 유전체막, 제 2 유전체막, 및 제 3 유전체막으로서 기능한다. The low reflection three-layer film 18 forms the first Al 2 O 3 film 18a, the Si 3 N 4 film 18b, and the second Al 2 O 3 film 18c by sputtering on the emission cross section of the resonator structure. It is formed by laminating in order. The cross-sectional reflectance of the low reflection three-layer film 18 is set to 10%. Here, the first Al 2 O 3 film 18a, the Si 3 N 4 film 18b, and the second Al 2 O 3 film 18c are each a first dielectric film, a second dielectric film, and a first dielectric film of the present invention. It functions as three dielectric films.

저반사 3층막(18) 전체의 열전도율을 향상시키기 위해서, 열전도율이 낮은 제 1 Al2O3막(18a) 및 제 2 Al2O3막(18b)의 막 두께는 가능한 한 얇은 쪽이 바람직하다.In order to improve the thermal conductivity of the entire low reflection three-layer film 18, the film thickness of the first Al 2 O 3 film 18a and the second Al 2 O 3 film 18b having low thermal conductivity is preferably as thin as possible. .

그러나, 제 1 Al2O3막(18a)의 막 두께는 어떤 핀홀의 발생을 방지하도록 출사 단면을 완전히 커버하기 위해 요구되는 두께를 가져야만 한다. 이러한 관점으로부터, 제 1 Al2O3막(18a)의 막 두께는 5㎚ 이상의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 10㎚로 설정되어 있다.However, the film thickness of the first Al 2 O 3 film 18a must have a thickness required to completely cover the exit cross section to prevent the generation of any pinholes. From this viewpoint, the film thickness of the first Al 2 O 3 film 18a is preferably set in the range of 5 nm or more, and is set to 10 nm in this embodiment.

또한, 제 2 Al2O3막(18c)의 막 두께는 저반사 3층막(18)의 표면 보호층으로서 약품 내성이 있고, 대기에 의한 산화 진행을 억제하기 위해 요구되는 두께를 가져야만 한다. 이러한 관점으로부터, 제 2 Al2O3막(18c)의 막 두께는 10㎚ 이상의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 10㎚로 설정되어 있다.Further, the film thickness of the second Al 2 O 3 film 18c is chemically resistant as the surface protective layer of the low reflection three-layer film 18, and must have a thickness required for suppressing the progress of oxidation by the atmosphere. From this viewpoint, the film thickness of the second Al 2 O 3 film 18c is preferably set in the range of 10 nm or more, and is set to 10 nm in this embodiment.

유전체막의 단면 반사율은 유전체막의 막 두께의 변화에 따라 주기적으로 변화한다. 따라서, 단면 반사율을 10%로 설정하더라도, 저반사 3층막(18)을 구성하 는 제 1 Al2O3막(18a), Si3N4막(18b), 및 제 2 Al2O 3막(18c)의 막 두께는 자유롭게 바꿀 수 있다.The cross-sectional reflectance of the dielectric film changes periodically with the change of the film thickness of the dielectric film. Therefore, even if the cross-sectional reflectance is set at 10%, the first Al 2 O 3 film 18a, the Si 3 N 4 film 18b, and the second Al 2 O 3 film constituting the low reflection three-layer film 18 are obtained. The film thickness of (18c) can be freely changed.

일 예로서, 저반사 3층막(18)의 단면 반사율을 10%로 설정한 경우에, 제 1 및 제 2 Al2O3막(18a, 18b)의 두께가 10㎚로 설정된다면, 저반사 3층막(18)의 단면 반사율을 10%로 유지하는 Si3N4막(18b)의 막 두께는 유전체막의 두께 변화에 따라 단면 반사율의 주기적인 변화와 관련된 관계에 기초하여 36㎚, 85㎚, 190㎚, 240㎚ 중 어느 하나로 되고, 따라서 Si3N4막(18b)의 막 두께는 상기 선택된 두께를 갖는 Si3N4막(18b)이 가장 바람직한 열전도성을 나타내도록 36㎚, 85㎚, 190㎚, 240㎚ 중 어느 하나로 선택할 수 있다. 다른 예로서, 단면 반사율을 10%로 설정하는 경우에, 제 1 및 제 2 Al2O3막(18a, 18c)의 막 두께가 50㎚로 설정된다면, 저반사 3층막(18)의 단면 반사율을 10%로 유지하는 Si3N4막(18b)의 막 두께는 상기 관계에 따라 27㎚, 137㎚, 182㎚, 292㎚ 중 어느 하나로 되고, 따라서, Si3N4막(18b)의 막 두께는 상기 선택된 두께를 갖는 Si3N4막(18b)이 가장 양호한 열전도성을 나타내도록 27㎚, 137㎚, 182㎚, 292㎚ 중 어느 하나로 선택할 수 있다.As an example, when the cross-sectional reflectance of the low reflection trilayer film 18 is set to 10%, if the thicknesses of the first and second Al 2 O 3 films 18a and 18b are set to 10 nm, the low reflection 3 The film thickness of the Si 3 N 4 film 18b which maintains the cross-sectional reflectance of the layer film 18 at 10% is 36 nm, 85 nm, 190 based on the relationship related to the periodic change of the cross-sectional reflectance with the change of the thickness of the dielectric film. ㎚, and one of a 240㎚, thus Si 3 N 4 film thickness of the film (18b) is the Si 3 N 4 film (18b) is most preferred 36㎚ to represent the thermal conductivity, 85㎚, 190 having a selected thickness It can select from either nm or 240 nm. As another example, when the cross-sectional reflectance is set to 10%, if the film thicknesses of the first and second Al 2 O 3 films 18a and 18c are set to 50 nm, the cross-sectional reflectance of the low reflection three-layer film 18 The film thickness of the Si 3 N 4 film 18b maintaining 10% at 10% is any one of 27 nm, 137 nm, 182 nm, and 292 nm according to the above relationship, and therefore the film of the Si 3 N 4 film 18b. The thickness can be selected from any of 27 nm, 137 nm, 182 nm, and 292 nm so that the Si 3 N 4 film 18b having the selected thickness shows the best thermal conductivity.

저반사 3층막(18) 전체의 열전도율을 향상시키기 위해서, Si3N4막(18b)의 막 두께는 50㎚ 이상이 바람직하고, 따라서, 제 1 및 제 2 Al2O3막(18a, 18c) 각각의 두께를 10㎚로 설정한 본 실시예에 따르면, Si3N4막(18b)의 막 두께는 36㎚, 85㎚, 190㎚, 240㎚중 어느 하나로 선택되며, 본 실시예에선 190㎚로 설정하고 있다.In order to improve the thermal conductivity of the entire low reflection three-layer film 18, the film thickness of the Si 3 N 4 film 18b is preferably 50 nm or more, and therefore, the first and second Al 2 O 3 films 18a and 18c. According to this embodiment in which each thickness is set to 10 nm, the film thickness of the Si 3 N 4 film 18b is selected from one of 36 nm, 85 nm, 190 nm, and 240 nm. It is set to nm.

본 실시예에 따른 반도체 레이저 소자(10)는 에피택시 공정, 에칭법, 및 전극 형성 공정과 같은 공지된 공정으로 공진기 구조를 기판상에 형성하는 공정과, 레이저 바아를 형성하기 위해 분할에 의해 소정 길이로 상기 공진기 구조를 절단하는 공정과, 스퍼터링법, CVD법, EB 증착법 등에 의해 각 레이저 바아의 출사 단면과 후단면상에 저반사 3층막(18)과 고반사 다층막(20)을 형성하는 공정, 및 레이저 바아를 다이싱하여 칩화하는 공정에 의해 제작한다.The semiconductor laser device 10 according to the present embodiment is formed by a process of forming a resonator structure on a substrate by a known process such as an epitaxial process, an etching method, and an electrode forming process, and by dividing to form a laser bar. Cutting the resonator structure to a length, and forming a low reflection three-layer film 18 and a high reflection multilayer film 20 on the exit end face and the rear end face of each laser bar by sputtering, CVD, EB deposition, or the like; And a process of dicing and chipping the laser bar.

본 실시예에 따른 반도체 레이저 소자(10)에서 제 1 유전체막으로서 제 1 Al2O3막(18a)과, 제 2 유전체막으로서 Al2O3막보다 열전도율이 높은 Si3N4막(18b), 및 제 3 유전체막으로서 제 2 Al2O3막(18c)을 갖는 저반사 3층막(18)은 공진기 단면의 한쪽 출사 단면상에 설치된다. 그 결과, 반도체 레이저 소자(10)는 고출력 동작시에 생기는 광학 손상(COD)에 의한 출사 단면의 열화를 억제하여, 장기간에 걸쳐서 안정된 동작을 실현할 수 있다.In the semiconductor laser device 10 according to the present embodiment, the Si 3 N 4 film 18b having a higher thermal conductivity than the first Al 2 O 3 film 18a as the first dielectric film and the Al 2 O 3 film as the second dielectric film. ) And the low reflection three-layer film 18 having the second Al 2 O 3 film 18c as the third dielectric film is provided on one emission cross section of the cross section of the resonator. As a result, the semiconductor laser element 10 can suppress deterioration of the emission cross section by optical damage (COD) which occurs at the time of high output operation, and can implement | achieve a stable operation for a long time.

본 실시예에 따른 반도체 레이저 소자(10)는 출사 단면이 양호한 화학적 및 열적 안정성을 갖는 제 2 Al2O3막(18c)으로 피복되기 때문에, 저반사 3층막의 형성후의 약품 세정 공정, 열 프로세스 등으로, 출사 단면이 손상하는 것을 방지하는 다른 장점을 갖는다.Since the semiconductor laser device 10 according to the present embodiment is covered with the second Al 2 O 3 film 18c having the emission cross section having good chemical and thermal stability, the chemical cleaning process and the thermal process after formation of the low reflection three-layer film Etc. have another advantage of preventing the exit cross section from being damaged.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 소자(10)는 조립 단계에 서 출사 단면상에 미립자가 부착하는 것을 방지하는 장점을 또한 갖고, 이에 의해 반도체 레이저 소자(10)의 제품 가공이 향상된다.As shown in Figs. 2A and 2B, the semiconductor laser device 10 also has the advantage of preventing the fine particles from adhering to the exit cross section in the assembly step, thereby improving the product processing of the semiconductor laser device 10. do.

도 2a 및 도 2b는 조립 공정후의 LD 단면을 각각 도시한 마이크로그래프로서, 도 2a는 종래 기술에 따른 Al2O3/Si3N4막(Si3N 4 층: 최외측 표면)에 설치된 LD 단면을 도시하고, 도 2b는 본 발명에 따른 Al2O3/Si3N4/Al2 O3막(Al2O3 층 : 최외측 표면)에 설치된 LD 단면을 도시하고 있다.2A and 2B are micrographs showing LD cross-sections after the assembling process, respectively. FIG. 2A is an LD provided on an Al 2 O 3 / Si 3 N 4 film (Si 3 N 4 layer: outermost surface) according to the prior art. A cross section is shown, and FIG. 2B shows an LD cross section provided on an Al 2 O 3 / Si 3 N 4 / Al 2 O 3 film (Al 2 O 3 layer: outermost surface) according to the present invention.

이들 마이크로그래프로부터 명백한 바와 같이, 히트 싱크를 다이싱하는 단계에서 발생한 다수의 절단 미립자는 종래 기술에 따라 Al2O3/Si3N4 구조의 막에 설치된 LD 단면에 부착되는 반면에, 동일한 단계에서 발생한 어떤 미립자도 본 발명에 따른 Al2O3/Si3N4/Al2O3 구조의 막에 설치된 LD 단면에 부착하지 않는다. 따라서, Al2O3/Si3N4/Al2O3 구조의 막에 설치된 LD 단면을 구비하는 반도체 레이저 소자는 그 생산율이 향상되고, 미립자 부착으로 인한 특성의 열화를 억제하는 장점을 갖는다.As is evident from these micrographs, many of the cut particulates generated in the dicing of the heat sink are attached to the LD cross section installed in the film of the Al 2 O 3 / Si 3 N 4 structure according to the prior art, while the same step Does not adhere to the LD cross section provided in the film of the Al 2 O 3 / Si 3 N 4 / Al 2 O 3 structure according to the present invention. Therefore, the semiconductor laser device having the LD cross section provided in the film of the Al 2 O 3 / Si 3 N 4 / Al 2 O 3 structure has the advantage of improving its production rate and suppressing deterioration of characteristics due to particle adhesion.

본 실시예에서는 Si3N4막은 제 1 및 제 3 유전체막 각각으로서 Al2O3막보다 높은 열전도율을 갖는 제 2 유전체막으로 사용하고 있지만, 본 발명에 따르면, Si3N4막은, AlN막, GaN막, 및 SiC 막중 어느 하나로 대체할 수도 있다. Si3N4 이외의 재료를 사용함으로써 제 2 유전체막을 형성하는 경우에도, 제 1 및 제 3 유전체막으로서 Al2O3막 각각의 두께와 Si3N4막 이외의 재료로 이루어진 제 2 유전체막의 두께는 상술한 바와 동일한 방법으로 소정 단면 반사율 및 열전도성을 얻기 위한 방법으로 설정된다. 또한, 제 1 및 제 2 Al2O3막 각각은 ZrO2막, HfO2막, 및 AlN 막중 어느 하나로 대체할 수도 있다. In this embodiment, the Si 3 N 4 film is used as the second dielectric film having a higher thermal conductivity than the Al 2 O 3 film as the first and third dielectric films, respectively. According to the present invention, the Si 3 N 4 film is an AlN film. It may be replaced by any one of, GaN film, and SiC film. Even when the second dielectric film is formed by using a material other than Si 3 N 4 , the thickness of each of the Al 2 O 3 films and the second dielectric film made of a material other than the Si 3 N 4 film are used as the first and third dielectric films. The thickness is set by a method for obtaining a predetermined cross-sectional reflectance and thermal conductivity in the same manner as described above. Further, each of the first and second Al 2 O 3 films may be replaced with any one of a ZrO 2 film, an HfO 2 film, and an AlN film.

본 실시예에서, 본 발명은 단면 발광형의 650㎚ 밴드 적색 반도체 레이저 소자에 적용되고 있지만, 본 발명은 650㎚ 밴드와 다른 파장 밴드에서 파장 길이의 발광을 위해 다른 단면 발광형 반도체 레이저 소자에도 본 발명을 적용할 수 있다.In the present embodiment, the present invention is applied to the 650 nm band red semiconductor laser device of the single-sided emission type, but the present invention also applies to other single-sided semiconductor laser devices for light emission of wavelength length in the wavelength band different from the 650 nm band. The invention can be applied.

본 발명에 따르면, 제 1 유전체막, 제 1 유전체막보다 열전도율이 높은 제 2 유전체막, 및 제 2 유전체막보다 열전도율이 낮은 제 3 유전체막의 3층막으로 이루어지는 저반사 다층막을 공진기 단면의 한쪽의 출사 단면 상에 설치하는 것에 의해, 고출력 동작시켰을 때에 생기는 광학 손상(COD)에 의한 출사 단면의 열화를 억제하여, 장기간에 걸쳐 안정된 동작을 할 수 있는 반도체 레이저 소자를 실현하고 있다.According to the present invention, a low reflection multilayer film comprising a first dielectric film, a second dielectric film having a higher thermal conductivity than the first dielectric film, and a three-layer film of a third dielectric film having a lower thermal conductivity than the second dielectric film is emitted from one side of the cross section of the resonator. By providing on the end face, the semiconductor laser element which can perform the stable operation for a long time is suppressed by deterioration of the exit end face by the optical damage (COD) which arises at the time of high output operation.

본 발명의 적합한 실시예가 특정 용어를 사용하여 설명되었지만, 상기 설명은 도시의 목적을 위한 설명이고, 각종 변경과 개량은 첨부된 청구범위의 정신과 범주로부터 이탈함 없이 가능하다는 것을 이해해야 한다.While suitable embodiments of the present invention have been described using specific terms, it is to be understood that the above description is for illustrative purposes, and that various changes and modifications are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims.

Claims (6)

단면 발광형 반도체 레이저 소자에 있어서:In the single-sided light emitting semiconductor laser device: 한 쌍의 단면을 갖고 상기 단면중 하나의 출사 단면상에 저반사 다층막이 설치된 공진기를 포함하고,A resonator having a pair of cross sections and provided with a low reflection multilayer film on an emission cross section of one of the cross sections; 상기 저반사 다층막은 5 내지 100㎚ 사이의 두께는 갖는 제 1 유전체막과, 상기 제 1 유전체막의 열전도율 보다 높은 열전도율을 갖는 제 2 유전체막, 및 상기 제 2 유전체막의 열전도율 보다 낮은 열전도율을 갖는 제 3 유전체막을 포함하며, 상기 제 1 유전체막은 Al2O3, ZrO2, HfO2, 및 AlN으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 이루어지고, 상기 제 2 유전체막은 Si3N4, AlN, GaN, 및 SiC로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 이루어지고, 상기 제 3 유전체막은 Al2O3, ZrO2, HfO2, 및 SiO2로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 이루어지는, 단면 발광형 반도체 레이저 소자.The low reflection multilayer film includes a first dielectric film having a thickness of between 5 and 100 nm, a second dielectric film having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the first dielectric film, and a third having a lower thermal conductivity than the thermal conductivity of the second dielectric film. A dielectric film, wherein the first dielectric film is one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , and AlN, and the second dielectric film is formed of Si 3 N 4 , AlN, GaN, And one kind selected from the group consisting of SiC, and the third dielectric film is one kind selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , and SiO 2 . Laser elements. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유전체막은 상기 공진기의 상기 출사 단면상에 형성되고, 상기 제 2 유전체막은 상기 제 1 유전체막 상에 형성되고, 상기 제 3 유전체막은 상기 제 2 유전체막 상에 형성되는, 단면 발광형 반도체 레이저 소자.2. The dielectric film of claim 1, wherein the first dielectric film is formed on the exit cross section of the resonator, the second dielectric film is formed on the first dielectric film, and the third dielectric film is formed on the second dielectric film. , Cross-sectional emission type semiconductor laser device. 단면 발광형 반도체 레이저 소자에 있어서:In the single-sided light emitting semiconductor laser device: 한 쌍의 단면을 갖고 상기 단면중 하나의 출사 단면상에 저반사 다층막이 설치된 공진기를 포함하고,A resonator having a pair of cross sections and provided with a low reflection multilayer film on an emission cross section of one of the cross sections; 상기 저반사 다층막은 5 내지 100㎚ 사이의 두께는 갖는 제 1 유전체막과, 상기 제 1 유전체막의 열전도율 보다 높은 열전도율을 갖는 제 2 유전체막, 및 상기 제 2 유전체막의 열전도율 보다 낮은 열전도율을 갖는 제 3 유전체막 보호층을 포함하며, 상기 제 1 유전체막은 Al2O3ZrO2, HfO2, 및 AlN으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 이루어지고, 상기 제 2 유전체막은 Si3N4, AlN, GaN, 및 SiC로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 이루어지고, 상기 제 3 유전체막 보호층은 Al2O3, ZrO2, HfO2, 및 SiO2로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 한 종류로 이루어지는, 단면 발광형 반도체 레이저 소자.The low reflection multilayer film includes a first dielectric film having a thickness of between 5 and 100 nm, a second dielectric film having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the first dielectric film, and a third having a lower thermal conductivity than the thermal conductivity of the second dielectric film. A dielectric film protective layer, wherein the first dielectric film is made of one kind selected from the group consisting of Al 2 O 3 ZrO 2 , HfO 2 , and AlN, the second dielectric film is Si 3 N 4 , AlN, GaN, and one type selected from the group consisting of SiC, and the third dielectric film protective layer is formed from one type selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , and SiO 2 . , Cross-sectional emission type semiconductor laser device. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 유전체막은 상기 공진기의 상기 출사 단면상에 형성되고, 상기 제 2 유전체막은 상기 제 1 유전체막 상에 형성되고, 상기 제 3 유전체막 보호층은 상기 제 2 유전체막 상에 형성되는, 단면 발광형 반도체 레이저 소자.4. The dielectric film of claim 3, wherein the first dielectric film is formed on the exit cross section of the resonator, the second dielectric film is formed on the first dielectric film, and the third dielectric film protective layer is formed on the second dielectric film. The light emitting semiconductor laser element formed in the. 삭제delete 삭제delete
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